徐平坤

以前，從煉鋼工藝的角度研究提高鋼的純淨度，沒有考慮與（yǔ）鋼水直接接觸的耐火材料對鋼水的（de）淨化作用，總是認為（wéi）耐火材料或（huò）多或少地會對鋼水產（chǎn）生汙染。可是通過對白雲石質（鎂鈣質）耐火材料的理論研究和實際試驗，得（dé）出鎂鈣質材（cái）料不但不汙染鋼水，反（fǎn）而能淨化鋼水，並且也不汙染環境，在AOD、VOD、精煉鋼包等爐外精煉裝置中應用日益增加。

白雲石與鎂鈣質耐火（huǒ）材料（liào）的特征

白雲石（CaCO3·MgCO3）是天然礦物原料（liào），煆燒後的理論組成為w（CaO）58.18%，w（MgO）41.82%，比值（zhí）為1.93。鎂鈣質耐火（huǒ）材料主要（yào）包括白雲石質耐火材料、鎂白雲石質耐火材料、鎂（měi）鈣質（zhì）耐火材料。

其中，白雲石質耐火材料是指全（quán）部用煆（duàn）燒或電熔的白雲石做原料的定型或不定形耐火材料；鎂白雲石和鎂鈣質耐火材料是用（yòng）鎂石與白雲石合成的（de）耐火材料（liào）。MgO、CaO含量的變化影響鎂鈣質製品（pǐn）的高溫使用性能，MgO含量越高，抗FeO、Fe2O3、Al2O3熔渣和抗水化能力越強；CaO含量越（yuè）高，抗（kàng）高SiO2熔渣的能（néng）力（lì）越強，高溫蠕變越大（dà），抗剝落性（xìng）能和脫硫、脫磷的（de）效果越好，但抗水化和抗FeO、Fe2O3、Al2O3侵（qīn）蝕（shí）的性能（néng）越（yuè）差。因此，應（yīng）該根（gēn）據爐外精煉等熱工（gōng）設備的不（bú）同部位使（shǐ）用條件，合理選擇鎂鈣質（zhì）耐火材料中的w（CaO）/w（MgO）。

白雲石質耐火材料對淨化鋼水作用的影響

潔淨鋼、特（tè）殊鋼等對鋼中的（de）雜（zá）質O、S、P、C、H、N等元素及（jí）SiO2、Al2O3等夾雜物的含量要求嚴格，需要爐外精煉除去鋼中雜（zá）質及夾雜物以及脫氣、調整化學成分和均勻化等（děng）。鎂鈣質耐火材料中的遊離（lí）CaO，易與鋼水（shuǐ）中的S、P等雜質反應，使其轉移到爐渣中，具有除去雜質、淨化鋼水的功能。由（yóu）於CaO的氧勢很低，鎂鈣質耐火材料（liào）也適合用於冶煉低氧（yǎng）鋼（gāng），是爐外精煉冶（yě）煉潔淨鋼、純淨鋼（gāng）、特殊鋼等設備的耐火材料（liào）。近年來，為了淨化鋼水、延長（zhǎng）爐襯（chèn）壽命、降低耐火（huǒ）材料消耗，研究人（rén）員對白雲石質耐火材料（liào）進行了許多試驗研究，取得了很好的結果。

MgO在真空條件下容易揮發（fā），而CaO對（duì）MgO的揮發性是有影響的，含有（yǒu）10%～20%CaO（摩爾分（fèn）數）就可使（shǐ）MgO相對揮發性大（dà）大（dà）降低。因此，MgO質材料（liào）中加（jiā）入（rù）一定（dìng）量的CaO製成MgO—CaO質耐火材料，在高溫真（zhēn）空條件（jiàn）下使用比純MgO質耐火材料更合適。

鋼水中的脫S反應中，要使鋼水S含量低，熔渣必須是CaO含量高的（de）高堿度渣，並（bìng）且鋼水中（zhōng）溶解的（de）O含量盡可能要低。要使O含量（liàng）低，就要選擇（zé）氧勢盡可能低的耐火材料，Mg與Ca在高溫下以氣態存在，在鋼水中（zhōng）的溶解度很小，而CaO的氧勢也（yě）很小，因此，精煉設備應該選用鎂鈣質（zhì）耐火材料。溫度升高不利於脫P，但鋼包（bāo）中采用（yòng）CaO含量高（gāo）即堿度高的熔渣有利脫P，因此，用CaO含量高的鎂（měi）鈣質耐（nài）火材料同樣也有（yǒu）利脫P。

鎂鈣質耐（nài）火（huǒ）材料的熱震穩定性（xìng）高、抗渣滲透性好，特別是熔渣中SiO2滲入會與MgO-CaO耐火材料中（zhōng）的CaO反應生成高熔點化合（hé）物C2S或C3S,形成保護層，從而抑製熔渣的滲透（tòu）。

關（guān）於H含（hán）量的問題，采用真空精煉，其H主要來（lái）自熔渣或精煉設備內襯（chèn）耐火材料的水分及（jí）有機（jī）添加物。熱力學分析認為：要在1200℃下長期烘烤，充分排除其中（zhōng）的水分，就不存在鋼水中氫（H）含量增高問題。

鎂鈣質耐火材料對鋼（gāng）水（shuǐ）性能的影（yǐng）響

耐火材料對鋼中氧含量的影響：王龍光等人認為MgO—CaO耐火材料中的CaO熱力學穩定性高，具有很低的氧平衡分壓，在鋼水中的溶解度很小，被（bèi）認為是防止鋼水增氧的（de）有（yǒu）效（xiào）材料。

耐火材料對鋼中S的（de）影響：田（tián）琳等（děng）人試驗研究鎂鈣（gài）磚與（yǔ）鋼水中S的反應，檢驗鎂鈣（gài）質耐火材料的脫S效果。結果表明：在1600℃下，反（fǎn）應45min時，脫（tuō）S效果更好，脫S率達70.12%；超過45min，脫S率降低，出現（xiàn）“回S”現象。為了使鋼包獲得有（yǒu）效的脫S效果，使用白雲石質鋼包內襯是很必要的，這樣一方麵（miàn）可以（yǐ）盡可（kě）能（néng）降低鋼包內襯的再氧化能（néng）力，另一方麵可以避免強還原條件（jiàn）下鋼包渣導致耐火材料的過度消耗。

耐火材料對鋼中P含量（liàng）的影響：匡加才研究MgO—CaO質澆注料對鋼中P含量的影響。實驗結果表明：當澆（jiāo）注料中w（CaO）為25%時，鋼中（zhōng）P含量大幅（fú）度降低，由原始的0.1%降低到0.01%，進一（yī）步提高CaO含量，鋼中（zhōng）P含量僅（jǐn）有小幅度降低。

耐火材料對鋼水碳含量的影響：實驗表明，使用含C耐火材料，鋼（gāng）水顯著增C，當同一製品第二（èr）次使用時，鋼水僅發生輕微增C。

耐火材料對鋼中（zhōng）H(氫)含量的（de）影響：耐火（huǒ）材料中的水分以及其中的有機粘結劑會對鋼水中（zhōng）的H含量產生（shēng）顯著影響（xiǎng）。連鑄過程（chéng）中，鋼包和中間包係統（tǒng）中使用保護套管保護主流時，有機粘結劑導致吸H。對鋼（gāng）包、中間包烘烤，能有效地降低（dī）鋼水的吸H量（liàng）。

耐火材料（liào）對鋼中N(氮)含量的影響：傳統耐火材料N含量很低，近年來氮化（huà）物在耐火材（cái）料中（zhōng）應用受到關注，如Sialon分解對鋼（gāng）水造成增N。更大的增N量在鋼包與（yǔ）中間包之（zhī）間，保護套管非常重要，連鑄的增（zēng）N點（diǎn）就是長水口保護，此處增N可達（15~30）×10-6。

耐火材料（liào）對鋼水中夾雜物的影響：田琳等人研究了鎂鈣、鎂鋁、鎂鉻耐火材料對管線鋼鋼水潔淨化的影響，實驗表明：在反應（yīng）30min的情況下，隻（zhī）有鎂鈣質耐火材料能去除鋼（gāng）水中的夾雜物，其餘的堿性耐火材料均使鋼水夾雜物數量增加。Al2O3、SiO2等夾雜物（wù）可與鎂鈣耐火材料中（zhōng）的CaO反應，如CaO與Al2O3反應生（shēng）成Ca12Al4O3的複合化合物，熔點約為1400℃左右，可有（yǒu）效地去除鋼中Al2O3夾雜物（wù）。CaO與SiO2反應生成C2S(矽酸二（èr）鈣)和C3S(矽酸三鈣)高熔點化合物（wù）被吸附鎂鈣質耐火材料表麵，形成保護層（céng），或者從鎂鈣質耐火材料表麵上剝落下來（lái）上浮至保（bǎo）護渣（zhā）層中；在鎂（měi）鈣（gài）質（zhì）耐（nài）火材料（liào）中的（de）活性CaO含（hán）量越（yuè）高，吸附鋼水中夾雜物的能力越強。

鎂鈣質耐火材料的抗侵蝕性能（néng）：梁義（yì）兵等人采用靜態坩堝法研究3種不鏽（xiù）鋼冶煉用鎂鈣磚的抗渣（zhā）性。試驗（yàn）結果得出，CaO含（hán）量高的白雲石磚抗高堿（jiǎn）度（dù）的（de）AOD渣侵蝕和（hé）滲透能（néng）力比較強。燒成白雲石磚基質部分致密程度高，較不燒白雲（yún）石磚具有更好的抗高堿度渣侵蝕性。堿度較低的VOD爐渣對三（sān）種磚的侵蝕和滲透比（bǐ）高堿度渣嚴重得多。相對而（ér）言，燒成（chéng）的鎂鈣磚抵抗低堿度渣侵蝕性明顯（xiǎn）好於（yú）不燒鎂鈣磚，CaO含（hán）量高的燒（shāo）成鎂鈣磚抵抗低（dī）堿度渣侵（qīn）蝕能（néng）力好於CaO含量低的鎂鈣（gài）磚。鎂鈣質材料具有良好（hǎo）的抵抗高堿度熔（róng）渣的侵蝕和滲透能力，這是因（yīn）為渣與鎂鈣材（cái）料作（zuò）用析出C3S，使（shǐ）材料表層致密化而有效抑製熔渣的滲透。低堿度熔渣具有較強的（de）侵蝕和（hé）滲透（tòu）能力，主要是熔渣對基質的強溶蝕並滲透作用。

中山鎂磚之鎂（měi）鈣碳磚的性能及抗（kàng）侵蝕的研究

鎂鈣碳磚主要性（xìng）能：MgO—CaO—C磚較（jiào）燒（shāo）成鎂鈣（gài）磚種類複雜。除具備鎂鈣磚的特性外，鎂鈣碳磚比鎂碳磚具有更好的真空穩（wěn）定（dìng）性、抗熱震性。鎂鈣碳磚的性（xìng）能（néng）同時取決於CaO及C的含量。CaO含量越高（gāo），抗剝落性能越好，淨化鋼水的效果也（yě）越好；C含量越高（gāo），抗渣侵（qīn）蝕和抗剝（bāo）落性能越強。

鎂鈣碳磚的抗侵蝕研究：崔淑賢等人采用（yòng）煉鋼（gāng）轉爐的初期渣（zhā）、中期渣和終期渣分別對鎂鈣碳磚及鎂碳磚的（de）侵蝕進行實驗。實驗結果表明：初期渣MgO—C磚蝕損率比MgO—CaO—C磚高7.3%，是因為MgO—C磚產生結構剝落，蝕（shí）損最嚴重；MgO—CaO—C磚的侵蝕較輕，是因為在磚的界麵上產（chǎn）生了C2S保護層；可是（shì）中期渣和終（zhōng）期渣，MgO—CaO—C磚的蝕（shí）損率反而分別比MgO—C磚高0.4%和1.2%，因為其在高溫中及被渣中∑FeO溶解，所以比MgO—C磚（zhuān）侵蝕嚴重。

孫惠章等人研究結果表明鎂白雲石碳磚（zhuān）高溫抗氧化性和（hé）熱震穩定（dìng）性好，抗酸性熔渣能力強；而（ér）且磚中的CaO有利於鋼水的脫（tuō）O、脫S、脫（tuō）P等，適合冶煉鋼的電爐爐襯。

白雲石質耐火（huǒ）材料（liào）對潔淨鋼的影響

潔淨鋼係指鋼中有害成分（S、P、O、H、N）含量（liàng）非常少，非金屬夾雜物不僅數量少，而（ér）且尺寸很小和形態得到控製，合金元素成分精準並且（qiě）分布均勻，使鋼材具有高性能、高品質。在鋼水從冶煉到精煉的整個過程中，耐火材料始終與鋼水接觸，一般（bān）耐火材料對（duì）鋼水或多或少總有些汙染，唯有白雲石質即鎂鈣質耐火材料能（néng）淨化鋼水，除（chú）去（qù）鋼中的非金屬夾（jiá）雜物（wù），而且不汙染環境。